The succinic acid bacteria, Mannheimia succiniciproducens MBEL55E are important industrial microorganisms because of their role in food, ion chelator and health-related agent markets. They require both carbohydrates as carbon sources and yeast extract or polypeptone as nitrogen sources. But the heterogeneities of nitrogen sources in a complex medium make difficult to understand cell physiology and control metabolism of Mannheimia sp. MBEL55E.
To overcome these problems, the chemically defined mediums (CDM) of M. succiniciproducens MBEL55E were completed by single-omission technique and Plackett-Burman design.
The CDM made by single-omission technique for M succiniciproducens MBEL55E growth were composed of 12 L-amino acids, 7 vitamins and 2 nucleic acid bases to replace the yeast extract and polypeptone. Among the 21 nutritional requirements, L-met, L-cys, biotin, nicotinic acid, Ca-pantothenate and thiamine?HCI were the essential nutrients to grow Mannheimia sp. MBEL55E.
The CDM made by Plackett-Burman design for M. succiniciproducens MBEL55E growth contains 8 L-amino acids, 7 vitamins and 3 nucleic acids as the nitrogen sources. Among the 18 nutritional requirements, essential L-amino acids and vitamins were same those of the CDM made by single-omission technique. But some components worked as the growth stimulators were a little different comparing to growth stimulators in CDM completed by single-omission technique.
And growth rate and succinic acid production of M. succiniciproducens MBEL55E in the CDM made by single-omission technique were higher than those of M. succiniciproducens MBEL55E in CDM made by Plackett-Burman design.
Consequently these well defined media showed the possibilities not only to produce succinic acid economically and eco-friendly but also to overcome the metabolic limitation of M. succiniciproducens MBEL55E.
생물학적 숙신산 생산 방법인 Mannheimia succiniciproducens MBEL55E를 복합배지 속에서 배양할 경우 발생하는 M.succiniciproducens MBEL55E 의 대사조절의 어려움과 값비싼 질소원 소비 문제를 해결하기 위해 M.succiniciproducens MBEL55E의 화학적 제한 배지 개발 연구를 수행하였다. 복합 배지 성분들 중 질소원으로 사용되던 값비싼 효모추출물과 폴리펩톤을 대신 할 수 있는 질소원으로 20가지 아미노산, 14가지 비타민, 5가지 핵산 등을 이용하였고, single-omission technique과 Plackett-Burman design을 통해 M.succiniciproducens MBEL55E의 성장에 필수적인 성분들과 성장을 자극하는 성분들을 찾아내어 화학적 제한 배지를 개발하였다.
Single-omission technique을 이용하여 만들어진 화학적 제한 배지는 12가지 아미노산, 7가지 비타민, 2가지 핵산으로 구성되어 있다. 이런 다양한 질소원들 중 L-메티오닌, L-시스테인, 바이오틴, 니코틴산, 판토텐산, 티아민이 M.succiniciproducens MBEL55E의 성장에 필수적인 성분들이며 나머지 성분들은 성장에 필수적이지는 않지만, M.succiniciproducens MBEL55E의 성장을 자극하여 숙신산 생산을 높이는 성분들이라는 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 개발된 화학적 제한배지에서 M.succiniciproducens MBEL55E을 배양시켰을 경우, 복합배지에서의 배양보다 75% 높은 비성장속도를 보여주었고, 숙신산 생산 수율 또한 복합배지에서의 숙신산 생산 수율의 96%정도를 나타내었다.
Plackett-Burman design을 이용하여 만들어진 화학적 제한 배지는 8가지 아미노산, 7가지 비타민, 3가지 핵산으로 구성되어 있으며, M.succiniciproducens MBEL55E의 성장에 필수적인 성분들은 single-omission technique을 이용하여 만든 화학적 제한 배지에서 결과와 동일하였다. 하지만 single-omission technique을 이용하여 만든 화학적 제한 배지 결과와는 달리, L-글라이신, L-세린, 콜린클로라이드 성분들이 M.succiniciproducens MBEL55E의 성장을 자극시키는 질소원으로 사용되었다. 즉 M.succiniciproducens MBEL55E의 화학적 제한 배지 중 어떤 필수적인 성분들이 포함되어 있냐 있지 않으냐에 따라 M.succiniciproducens MBEL55E의 성장을 자극시키는 성분들 또한 달라진다는 결과를 얻었다. 그리고 Plackett-Burman design을 이용하여 만들어진 화학적 제한 배지에서 M.succiniciproducens MBEL55E을 배양시켰을 경우 single-omission technique을 이용하여 만들어진 화학적 제한 배지에서 배양시켰을 경우보다 더 느린 성장 속도를 보였으며 숙신산 생산 수율 또한 5% 낮았다. 이는 single-omission technique을 이용하여 만들어진 화학적 제한 배지가 더욱 더 최적화된 화학적 제한 배지임을 의미한다.
결론적으로 M.succiniciproducens MBEL55E의 화학적 제한 배지 개발 연구는 경제적인 숙신산 생산법을 보여주었을 뿐만 아니라 복합 배지 이용으로 인한 M.succiniciproducens MBEL55E의 대사조절 어려움을 해결할 수 있는 가능성 또한 보여주었다.